Çelik, en çok kullanılan metaldir. Çeliği tanımlamak oldukça zordur, çünkü çeşitli biçimlerde üretilip çok değişik özellikler kazandırılabilir. Ancak, genel bir tanımlama yapmak için çelik, bir demir ve karbon ALAŞIM'ı (biri metal olan iki ya da daha çok kimyasal ELEMENT'den oluşan madde) olarak nitelenebilir. Bu alaşımın karbon oranı % 1,7'den yüksek olmayıp, genellikle % 0,2 ya da % 0,3 kadardır. Karbon çeliğe sertleşebilirlik özelliği kazandırır (Bk. ISIL İŞLEM). Kolay işlenebilir olma ya da gevreklik, ısı, korozyon ve kimyasal maddelerin yıpratıcı etkisine dayanma gibi değişik özellikler elde etmek için, çeliğe başka elementler de katılabilir.

Tarihçe: Karbonun sertleştirici özelliği, binlerce yıldır bilinmekteydi: ama bugünkü anlamda çeliğin ortaya çıkışı, 1740 yılında oldu. 1740'ta Benjamin Huntsman (1704-1776), karbon katılmış dövme demiri eritmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Ama Huntsman çeliği,yalnızca küçük miktarlarda üretilebildiğinden, kullanım alanları sınırlıydı.
Büyük çapta çelik üretimini, 1856 yılında Sir Henry Bessemer (1813-1898) gerçekleştirdi (Bk. BESSEMER DEĞİŞTİRGECİ). 1857'de Sir William Siemens (1823-1883) ise, bir başka çelik üretim yöntemi olan açık ocak işlemini geliştirdi. Bu iki yöntemin bulunması sonucu, dövme demir kullanımı azalırken, çelik gelişti. Günümüzde dövme demir pek az üretilmektedir. % 7 tungsten içeren ilk gerçek alaşım çeliği, 1868'de, R.F. Mushet (1811 - 1891) tarafından yapıldı ve bunu başkaları izledi.
Günümüzde Bessemer yöntemi ve açık fırınlar hemen hemen kullanımdan kalkmıştır. Çelik, artık oksijen yöntemiyle ya da elektrik fırınında üretilmektedir. Ne var ki, çelik yapımının temel ilkeleri bütün yöntemlerde aynıdır.

Açık ocak çeliği: Çelik, dökme demir'ûen, yani YÜKSEK FIRIN'da üretilmiş demirden yapılır. Dökme demirde % 3 ya da % 4 oranında karbon ve daha az oranlarda başka elementler, (özellikle kükürt, fosfor, silisyum ve manganez) bulunur. Ancak, karbon oranının % 3 - 4 olması bir zorunluluk değildir. Yumuşak çelik gibi bazı çok kullanılan çeliklerde, % 0,25 oranında bulunması yeterlidir. Karbon oranının istenilen yüzdeye indirilmesi, çelik yapımının önemli bir bölümünü oluşturur.
Uygulamada bu ayarlama, karbonun önce bütünüyle demirden ayrılıp, çelik eridikten sonra istenen oranda katılmasıyla yapılır. Öteki elementler çelik yapımında genellikle gerekli değildir, ama demir yapım sürecinde bir noktaya kadar denetlenebilirler. Demirde kalmış olabilecek küçük miktarda yabancı elementler de, çelik daha yapılırken, kireçtaşı gibi eritkenler ekleyerek ortadan kaldırılabilir.
Karbonu ayırmak için yalın bir kimyasal tepkimeden yararlanılır. Erimiş dökme demir, oksijenle temas ederse, oksijen ile karbon, karbon monoksit gazı olarak birleşir ve metalden ayrılır. Açık ocaklı fırında demir, sıvı gaz ya da bir petrol yakıtıyla ısıtılır. Ayrıca, demir filizi gibi oksijen bakımından zengin maddeler de, oksijen sağlamak için. fırına eklenir. İs
tenmeyen bazı elementlerle birleşmesi istenen erit-kenler de gereken miktarlarda katılır. Sonuç olarak demir karbonsuzlaşır, yani karbondan arınırken, öteki elementler de eritkenlerin yardımıyla erimiş cüruf haline gelir. Çelik, fırından boşaltılırken cüruflar da atılır.

Temel oksijen çeliği: Açık ocaklı fırın etkilidir, ama hem yavaş çalışır, hem de yakıt bakımından masraflıdır. Bu nedenle, büyük miktarlarda çelik yapımında, temel oksijen çeliği yöntemi yeğlenmekte
dir. Bu yöntem hızlıdır ve egzotermik (tepkime sırasında ısı verir) olduğu için yakıt gerekmez. Günümüzde dünyada üretilen çeliğin % 60'tan çoğu bu yöntemle elde edilmekte ve bu oran gittikçe artmaktadır. Temel oksijen çeliği yapımında, erimiş demir geniş bir kaba ya da içi ısıya dayanıklı ateş tuğlası kaplı bir değiştirgeç'e (konvertör) dökülür. Değiştirgecin yerleştiriliş biçimi! istendiğinde demiri dökebilmek için yan yatırılıp, bir sonraki işlem için yeniden dik hale getirilmesine olanak verir. Ucu, erimiş metalin tam üstüne gelinceye kadar değiştirgece sokulan ve suyla soğutulan bir borudan, oksijen üflenir. Erimiş demirde, oksijen ile karbon arasında çok hızlı bir tepkime olur. Üflenen oksijenin metalde yarattığı türbülans, kaptaki bütün demirin oksijenlenmesini sağlar.
Tipik bir oksijen çeliği değiştirgeci, 300 ton erimiş demir alır ve çelik yapım sürecini 30 dakikada tamamlar. Egzotermik tepkime, gerekenden de çok ısı sağlar. Hattâ çeliğin, 1 600°'C'lık erime sıcaklığını (çeliğin özelliğine bağlı olarak bu rakam değişebilir) çok aşmaması için, fırına bir miktar da soğuk hurda çelik atılır. Hurda çelik atma işleminin, sıcaklık ayarlama işlevinin yanında bir yararı da, eski ve yıpranmış çelik parçalarının yeniden işe yaramasını sağlamasıdır. Eritkenler (özellikle kireç), üretimin gerekli aşamasında katılır.
Oksijen üfleme işlemi sırasında, büyük miktarlarda karbon monoksit gazı ve duman ortaya çıkar. Bu cazlar, değiştirgecin üstündeki külah biçimli bacada toplanır ve vantilatörler yardımıyla dışarı verilir. Karbon monoksit ya başka işlemlerde yakıt olarak kullanılır ya da yakma bacası'nda. yakılır. Öteki
gazlar, atmosfere atılmadan önce temizlenir. İşlemin sonunda, değiştirgeç yan yatırılarak çelik dökülür. Cürufu boşaltmak için de baş aşağı döndürülür ve böylece bir sonraki işleme hazır hale gelir.

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Kimya » Metalurji

Kaynak:4
2.cilt / s.393-399